(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の既知の位置に固定され、衛星からの信号を受信する複数のアンテナと、
移動体の既知の位置に固定され、少なくとも移動体の加速度を計測する慣性センサと、
少なくとも最初の整数バイアス解の決定前に、前記慣性センサの観測量を用いて移動体の姿勢情報を算出する基準姿勢演算部と、
前記アンテナで受信した測位用信号からＬＡＭＢＤＡ法を用いて複数の整数バイアス候補解を推定する整数バイアス推定部と、
前記推定した整数バイアス候補解を用いて算出した姿勢情報と、前記基準姿勢演算部で求めた姿勢情報とを比較することにより整数バイアス候補解の妥当性を評価し、該妥当性の評価結果に基づいて、前記ＬＡＭＢＤＡ法を用いて推定した複数の整数バイアス候補解の中から整数バイアス解を決定する整数バイアス検定部と、
前記整数バイアス検定部で整数バイアス解が決定された後に、測位用信号からの情報を用いて算出した姿勢情報と、測位用信号からの情報と慣性センサの情報を用いて算出した姿勢情報との差に基づいて前記慣性センサ誤差を推定する慣性センサ誤差推定部と、を備え、
前記整数バイアス検定部は、前記推定された慣性センサ誤差を用いて前記慣性センサの誤差補正を行う前と後で、姿勢情報を用いた前記整数バイアス候補解の検定のための閾値を変更することを特徴とするキャリア位相相対測位装置。
【請求項２】
請求項１に記載のキャリア位相相対測位装置において、
前記基準姿勢演算部は、前記慣性センサの加速度センサの観測量から移動体のロール或いは／及びピッチを算出することを特徴とするキャリア位相相対測位装置。
【請求項３】
請求項１に記載のキャリア位相相対測位装置において、
前記基準姿勢演算部は、移動体座標系における移動体の進行方向速度を算出或いは外部から取得し、該移動体の進行方向速度と前記慣性センサの観測量とを用いて移動体のロールを算出することを特徴とするキャリア位相相対測位装置。
【請求項４】
請求項３に記載のキャリア位相相対測位装置において、
前記複数のアンテナが形成する基線の１つが移動体の進行方向に形成され、
前記基準姿勢演算部は、移動体の進行方向に対する速度のみが移動体座標系における速度成分であるとして、前記アンテナで受信した信号を用いて算出した航法座標系における移動体の速度から、移動体座標系における移動体の進行方向速度を算出することを特徴とするキャリア位相相対測位装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載のキャリア位相相対測位装置において、
前記基準姿勢演算部は、前記アンテナで受信した信号を用いて算出した航法座標系における移動体の速度から方位を検出する方位検出部をさらに備えることを特徴とするキャリア位相相対測位装置。
【請求項６】
移動体の既知の位置に固定され、衛星からの信号を受信する複数のアンテナと、移動体の既知の位置に固定され、少なくとも移動体の加速度を計測する慣性センサとから得られる情報に基づいてキャリア位相を用いた測位を行う測位方法において、
少なくとも最初の整数バイアス解の決定前に、前記慣性センサの観測量を用いて移動体の姿勢情報を算出する基準姿勢演算工程と、
前記アンテナで受信した測位用信号からＬＡＭＢＤＡ法を用いて複数の整数バイアス候補解を推定する整数バイアス推定工程と、
前記推定した整数バイアス候補解を用いて算出した姿勢情報と、前記基準姿勢演算工程で求めた姿勢情報とを比較することにより整数バイアス候補解の妥当性を評価し、該妥当性の評価結果に基づいて、前記ＬＡＭＢＤＡ法を用いて推定した複数の整数バイアス候補解の中から整数バイアス解を決定する整数バイアス検定工程と、
前記整数バイアス検定工程で整数バイアス解が決定された後に、測位用信号からの情報を用いて算出した姿勢情報と、測位用信号からの情報と慣性センサの情報を用いて算出した姿勢情報との差に基づいて前記慣性センサの誤差を推定する慣性センサ誤差推定工程と、を含み、
前記整数バイアス検定工程では、前記推定された慣性センサ誤差を用いて前記慣性センサの誤差補正を行う前と後で、姿勢情報を用いた前記整数バイアス候補解の検定のための閾値を変更することを特徴とする測位方法。
【請求項７】
請求項６に記載の測位方法において、
前記基準姿勢演算工程は、前記慣性センサの加速度センサの観測量から移動体のロール或いは／及びピッチを算出することを特徴とする測位方法。
【請求項８】
請求項６に記載の測位方法において、
前記基準姿勢演算工程は、移動体座標系における移動体の進行方向速度を算出或いは外部から取得し、該移動体の進行方向速度と前記慣性センサの観測量とを用いて移動体のロールを算出することを特徴とする測位方法。
【請求項９】
請求項８に記載の測位方法において、
前記複数のアンテナが形成する基線の１つを予め移動体の進行方向に形成しておき、
前記基準姿勢演算工程が、移動体の進行方向に対する速度のみが移動体座標系における速度成分であるとして、前記アンテナで受信した信号を用いて算出した航法座標系における移動体の速度から、移動体座標系における移動体の進行方向速度を算出することを特徴とする測位方法。
【請求項１０】
請求項６から９の何れかに記載の測位方法において、
前記基準姿勢演算工程は、さらに、前記アンテナで受信した信号を用いて算出した航法座標系における移動体の速度から方位を検出することを特徴とする測位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動体に固定した複数のＧＰＳアンテナと慣性センサを用いたＧＰＳ／ＩＮＳ統合化装置において、姿勢情報を用いて整数バイアス候補解の検定を行う手法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
キャリア位相相対測位装置の一つとして、複数のＧＰＳアンテナと慣性センサを用いて移動体の姿勢を検出する姿勢検出装置がある。この姿勢検出装置は、複数のＧＰＳアンテナや慣性センサユニットが移動体にリジットに固定され、アンテナ対と複数の衛星間で生成されるキャリア位相差の観測量から基準アンテナに対する他のアンテナの位置ベクトル、即ち、基線ベクトルを算出し、これらの基線ベクトルから移動体の姿勢を決定する。
【０００３】
このようなキャリア位相差による相対測位においては、基線ベクトルの算出に先立って整数バイアス（Integer  Ambiguity）を決定しなければならない。整数バイアスは、高速にかつ正しく決定することが主要な技術課題であり、この整数バイアスの決定手法として、例えば、特許文献１、非特許文献１、及び非特許文献２に記載のものがある。
【０００４】
ところで、整数バイアスの決定は整数バイアスの候補解セットの決定と整数バイアス候補解セットの検定の二つに大別できる。整数バイアスの候補解セットの決定とは、整数バイアスのフロート解を算出後、ｐ個の整数バイアスの整数バイアス候補解セット（Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｋ）pを決定するための処理である。また、整数バイアス候補解セットの検定とはｐ個の整数バイアスの整数バイアス候補解セット（Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｋ）pの中から１個の真の整数バイアス解セットに絞り込むための処理である。
【０００５】
この整数バイアス候補解セットの検定には、一般に種々の先験情報が用いられ、通常、整数バイアス候補解セットの検定には、特許文献１記載の「キャリア位相相対測位装置」のように、既知情報である基線長や、複数の基線ベクトルで形成される内積、または外積などを含む幾何学的配置（geometry）の先験情報が用いられる。そして、この特許文献１によれば、約９０〜９５％の整数バイアス正解率が得られると報告されている。
【特許文献１】特開２００２−４０１２４号公報
【非特許文献１】R．R． Hatch, "Ambiguity Resolution in the Fast Lane," Proceedings of  the Second International Technical Meeting of the Institute of Navigation, Colorado Springs, CO, 1989．
【非特許文献２】P．J．G． Teunissen, "A New Method for carrier Phase Ambiguity Estimation ," proc． IEEE "Position Location and Navigation Symposium PLANS 94", Las Vegas,11-15 April, 1994, pp 562-573．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述のすべての幾何学的配置の先験情報を用いた整数バイアス候補解セットの検定を行うためには、移動体上に少なくとも３個以上のアンテナをリジットに固定し、複数の基線ベクトルを得ることが必要である。すなわち、２個のアンテナを用いて、１基線で整数バイアス候補解セットの検定を行う場合には、基線長検定以外の前述の幾何学的配置の先験情報が適用できないため、前述の特許文献１では、整数バイアス正解率が低下する。特に、衛星数が少ない場合やマルチパス環境下の場合は実用に耐えられない程度に整数バイアスの正解率が低下するといった問題点があった。
また、特に、装置の小型化を狙ったキャリア位相相対測位装置においては、１基線長を用いて整数バイアス正解率を１００％に近づけることが極めて重要であり、このための検定技法の改良が望まれている。
【０００７】
また、特許文献１には、整数バイアス候補解の検定に移動体の姿勢情報を用いる旨の記載がなされているが、この姿勢情報を用いた検定技法は、明細書〔００４０〕に記載されているように、ＩＮＳから求めた姿勢情報を使用して整数バイアス候補解の検定を行う処理である。そのため、この技法では、最初に整数バイアス解の決定がなされるまでは、ＩＮＳから姿勢情報を得ることができず、姿勢情報を整数バイアス候補解の検定に使用することができないという問題点を有していた。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の第１の目的は、整数バイアス解の再決定時のみならず、電源投入直後における最初の整数バイアス解の決定時においても、移動体の姿勢情報を用いて整数バイアス候補解の検定を行うことにある。また本発明の第２の目的は、整数バイアス候補解の検定が困難なケースである１基線でかつ、必要最低限の衛星数であっても高い整数バイアスの正解率を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は移動体に定義された移動体座標系の既知の位置に、衛星からの信号を受信する複数のアンテナと、加速度及び角速度を計測する慣性センサとを固定したキャリア位相相対測位装置における発明であり、少なくとも最初の整数バイアス解の決定前に、前記慣性センサの観測量を用いて移動体の姿勢情報を算出するとともに、前記アンテナで受信した測位用信号からＬＡＭＢＤＡ法を用いて複数の整数バイアス候補解を推定し、前記推定した整数バイアス候補解を用いて算出した姿勢情報と、前記慣性センサの観測量を用いて求めた姿勢情報とを比較することにより整数バイアス候補解の妥当性を評価することを特徴とする。この構成により、最初の整数バイアス解の決定のみならず、再決定においても、高い整数バイアス解の正解率を得ることが可能になる。
【００１０】
また、本発明は、前記慣性センサの加速度センサの観測量から移動体のロール或いは／及びピッチを算出することを特徴とする。これにより、簡単な演算処理によって移動体のロール及びピッチを算出することができる。
【００１１】
また、本発明は、移動体座標系における移動体の進行方向速度を算出或いは外部から取得し、該移動体の進行方向速度と前記慣性センサの観測量とを用いて移動体のロールを算出することを特徴とする。これにより、加速度の観測量のみから算定する技法に比べてより高精度にロールが算定できる。
【００１２】
また、本発明は、前記複数のアンテナが形成する基線の１つを移動体の進行方向（例えば船首方向）に形成し、該移動体の進行方向（船首方向）に対する速度のみが移動体座標系における速度成分であるとして、前記アンテナで受信した信号を用いて算出した航法座標系における移動体の速度から、移動体座標系における移動体の進行方向速度を算出することを特徴とする。これにより、移動体の進行方向速度を近似的に求めることが可能になり、前記慣性センサの観測量を用いて姿勢情報を算出する際に、この移動体の速度情報を使用することが可能になる。
【００１３】
また、本発明は、前記アンテナで受信した信号を用いて算出した航法座標系における移動体の速度から方位を検出することを特徴とする。これにより、航法座標系における移動体の速度から移動体の方位も算出することができる。そのため、ＦＵＬＬ姿勢角（ロール、ピッチ、方位）を用いた整数バイアス候補解の検定を行うことが可能になり、整数バイアス候補解の検定確率を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明は、一度整数バイアス解を決定した後に、決定した整数バイアス解を用いて慣性センサ誤差を校正するようにしておき、整数バイアス解の検定時に、前記慣性センサ誤差の補正前後で、姿勢情報を用いた前記整数バイアス候補解の検定のための閾値を変更することを特徴とする。これにより、算出された移動体の姿勢情報の正確性に応じて、検定のための閾値の変更が可能になり、より正確な整数バイアス候補解の検定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、整数バイアス解の再決定時のみならず電源投入直後の最初の整数バイアス解の決定時においても、移動体の姿勢情報を用いて整数バイアス候補解の検定を行うことができる。そのため、装置の立ち上がり時間を短縮できるとともに、整数バイアス候補解の検定手法を従来に比べて増やすことができ、より高い整数バイアス解の正解率を得ることも可能になる。
【００１６】
また、本発明を採用することにより、１基線方式であっても正確に整数バイアス候補解の検定を行うことができるため、従来に比べ、装置の小型化、安価化を実現することができるという効果も得られる。
【００１７】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１によるキャリア位相相対測位装置について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明で使用する航法座標系と移動体座標系について説明する説明図である。なお、本発明の説明中、右肩添え字ｎは航法座標系を示し、右肩添え字ｂは、移動体座標系（Body座標系）を示す。また、ここではGeodetic座標系を航法座標系として定義している。
【００１９】
図１（ａ）は、航法座標系と移動体座標系について示す図である。図１に示すように、基準となる航法座標系は、北、東方向をそれぞれＸ軸、Ｙ軸とする右手系の直交座標系である。また、移動体座標系は、移動体の進行方向、右手方向をそれぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸とする右手系の直交座標系であり、移動体が船舶の場合には、船首方向をＸ軸、右舷方向をＹ軸として設定する。なお、両座標系の原点は互いの相対関係が既知であれば、必ずしも一致させる必要はないが、ここでは理解を助けるために一致させている。
【００２０】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の移動体座標系上にマウントされた慣性センサ及びＧＰＳアンテナ位置を示す図である。図１（ｂ）において、基準アンテナは移動体座標系の原点に設置される。また、スレーブアンテナは基線ベクトルの１つが少なくともＸ軸上に形成され、且つ他の基線ベクトルが異なった方向となるように設置される。
【００２１】
ここで、図１（ｂ）におけるＸ軸は船や車両などの移動体における進行方向であり、例えば移動体が船舶である場合には、船首方向をＸ軸として設定し、そのＸ軸上に少なくとも基準アンテナとスレーブアンテナが設置される。これは、移動体の姿勢情報として、通常移動体の進行方向を基準とした姿勢が検出されるためである。なお、設定した移動体座標系からのズレ量が既知であれば現実的には、どのような位置にアンテナを設置しても良い。また、図１（ｂ）の例では２個のスレーブアンテナの例を示しているが、スレーブアンテナは１個以上であればよい。
【００２２】
慣性センサ（以下、ＩＭＵと称する。）は、移動体座標系の直交する３軸にそれぞれマウントされた加速度センサと角速度センサから構成され、図１（ｂ）に示すように、３軸の各々の軸に対して、各センサの感度軸(sensitive axis)が一致するように、加速度センサ及び角速度センサがそれぞれ１個づつマウントされている。これにより、移動体の前後方向、左右方向、及び上下方向の加速度及び角速度は、慣性センサから得られる観測量をそのまま使用することができる。もっとも、ＩＭＵで定義される直交３軸は移動体座標系からの回転量が既知であれば必ずしも一致させる必要はなく、慣性センサの観測量に対して軸回転のための演算処理を行うことにより、移動体の前後方向、左右方向、及び上下方向の加速度及び角速度を得ることができる。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態１によるキャリア位相相対測位装置の構成の一例を示す図であり、移動体上にリジットに固定された３個のＧＰＳアンテナを用いたＭＡ−ＧＰＳ／ＩＮＳシステムの構成例を示している。
【００２４】
図２において、本発明の実施の形態１によるキャリア位相相対測位装置は、ＧＰＳアンテナ１と、ＧＰＳ受信機２と、ＩＭＵ３と、演算処理部１０とからなり、演算処理部１０は、整数バイアス推定部４と、ＧＰＳ姿勢演算部５と、基準姿勢演算部６と、整数バイアス検定部７と、ＩＮＳ航法演算部８と、ＩＮＳ航法誤差推定部９とから構成されている。
【００２５】
ＧＰＳアンテナ１及びＩＭＵ３は、図１で説明したように、移動体上にリジットに固定されたアンテナ及び慣性センサである。なお、移動体上に固定されたアンテナは少なくとも２つ以上であればよい。また、慣性センサについても、測定の対象となる情報或いは要求される精度に応じて必要最小限のセンサが設けられていればよく、必ずしも３軸方向それぞれに加速度センサ及び角速度センサを設ける必要はない。
【００２６】
ＧＰＳ受信機２は、複数の衛星からの信号をアンテナ１経由で受信して位相差観測量を生成し、基準アンテナ位置及び衛星位置の情報（Ephemeris）と共に整数バイアス推定部に出力する。ここで、位相差観測量は１重位相差、または２重位相差でも良い。
【００２７】
整数バイアス推定部４は、測位用信号から整数バイアス候補解を推定するものであり、具体的には以下のような処理を行う。
【００２８】
整数バイアス推定部４は、先ず、公知の位相差観測方程式に基づいて整数バイアスのフロート解を求める。例えば、１重位相差観測モデル（single difference observation  model ）における航法座標系におけるキャリア位相差観測量ΔΦｉｊは、次式で表わせる。ここで、右下添え字で示したi、ｊはそれぞれ、i番目のスレーブアンテナ、ｊ番目の衛星を示す。
【数１】
0005180447.tif 000002
【００２９】
〔数１〕の観測方程式に基づいて、未知数である整数バイアスΔＮｉｊと基線ベクトルｖｉを公知の方法で求めることができる。しかし、ここで求まるΔＮｉｊはフロート解であるから、整数バイアス推定部４は、例えば、公知のLAMBDA技法等を用いて整数バイアスのフロート解からp個の整数候補解セット（Ｎ１，Ｎ２，・・・，ＮＫ）Ｐを求める。
【００３０】
ＧＰＳ姿勢演算部５は、整数バイアス推定部４で得た整数バイアスの候補解セットを既知量として〔数１〕に代入し、再び、最小２乗法またはKalman filter等の公知の技法で基線ベクトルを算定する。以下、この推定された基線ベクトルを被検定基線ベクトルと呼ぶ。このとき、基線ベクトルiに対してｐ個の候補解セットがあるから基線ベクトルｉに対してｐ個の被検定基線ベクトルが生成されることになる。
【００３１】
一旦、被検定基線ベクトルが決まると２基線ベクトルの場合はTRIAD技法で、また、２以上の基線ベクトルの場合はQUEST技法等の公知の技法（M．D． Shuster and S．D． Oh, "Three-axis attitude determination from vector observation," J． Guidance and control, vol． 4, No． １, １98１, pp 70-77）で姿勢情報を求めることができる。なお、ここで姿勢情報とはロールθｒ、ピッチθｐ、方位θｙ  のうちの、少なくとも１つ以上の情報をいう。また、１基線ベクトルの場合は、移動体座標系のＸ軸を移動体の進行方向に設定することにより、ロールθｒは決定できないけれども、次式でピッチθｐ、方位θｙを求めることができる。
【数２】
0005180447.tif 000003
【００３２】
このように、ＧＰＳ姿勢演算部５で推定された被検定基線ベクトル及び移動体の姿勢情報は整数バイアス検定部７に出力され、整数バイアス候補解セットの検定に用いられる。また、移動体の姿勢情報はＩＮＳ航法誤差推定部９にも出力される。
【００３３】
一方、基準姿勢演算部６は、ＩＭＵ３からの加速度及び角速度の観測量を受信し、直接或いは此等の観測量に含まれる高周波雑音成分を除去するためのＬＰＦ処理を行った後、ロールθｒ、ピッチθｐ、及び方位θｙ（ｙａｗ）を算定する。この詳細を以下に説明する。
【００３４】
地球に対する航法座標系の回転角速度及び慣性座標系に対する地球の回転角速度に関連する加速度は、重力加速度に比べ小さいため無視すると、移動体座標系における加速度センサ出力（specific force）Ａｂは次式で近似できる。ここで、ｇは重力加速度であるから既知である。また、移動体座標系における速度成分は、移動体座標系のＸ軸を移動体の進行方向に設定することにより、ｖｂ（ｘｂ，０，０）と設定できる。
【数３】
0005180447.tif 000004
【００３５】
そして、３-２-１軸の回転順序(the３-２-１sequence)で定義された航法座標系から移動体座標系への回転マトリックス（rotation matrix）は次式で表わせる。
【数４】
0005180447.tif 000005
【００３６】
ここで、θｒ，θｐ，θｙはそれぞれ、ロールθｒ、ピッチθｐ、yawθｙ（方位）である。
よって、〔数３〕、〔数４〕から、
【数５】
0005180447.tif 000006
となる。
【００３７】
〔数５〕式右辺の角速度は観測量であるから既知である。また、移動体が急発進や急停止のような高ダイナミックスな運動を行わない場合には運動加速度は無視することができる。
そのため、移動体の運動加速度を無視した場合、最終的に加速度センサの観測量は〔数６〕のように表わすことができる。
【数６】
0005180447.tif 000007
また、運動加速度が無視できないような場合にも、低周波数帯域で誤差の小さいＧＰＳ速度観測量を用いて算出した移動体座標系の移動体速度（例えば、後述する［数７］）を微分することによって移動体の運動加速度を求めることが可能である。
【００３８】
一方、移動体座標系における移動体の速度成分は移動体速度を計測する外部支援情報を得ない限り未知である。そのため、本発明では基準姿勢演算部６において、移動体座標系における移動体の進行方向速度をＧＰＳから算定された航法座標系におけるＧＰＳ速度から〔数６〕を用いて算出している。なお、この〔数７〕は移動体座標系における速度ベクトルがｘ成分のみであることと、航法座標系と移動体座標系における速度ベクトルの大きさが変化しない事実に基づいて導かれる。
【数７】
0005180447.tif 000008
【００３９】
また、移動体座標系における移動体の進行方向速度は、ＧＰＳから算定された航法座標系における速度から算出するほか、例えばドップラソナー等の自船の進行方向速度を計測する他の計測器等から得ることも可能である。
【００４０】
以上より、移動体のロールθｒは、次式〔数８〕を用いてＩＭＵ３から得られる観測量と移動体の進行方向に対する速度情報から算出することができる。
【数８】
0005180447.tif 000009
【００４１】
同様に、移動体のピッチθｐは、次式〔数９〕のように、ＩＭＵ３から得られる観測量より算出することができる。
【数９】
0005180447.tif 000010
なお、ピッチθｐについては、［数９］のように慣性センサの加速度センサ出力のみから求めることができるため、ピッチθｐのみを求める場合には、慣性センサは加速度センサのみで構成するようにしても良い。
【００４２】
また、移動体のロールθｒ、及びピッチθｐを求める別の方法として、移動体座標系における移動体の速度及び運動加速度を無視することによって、ＩＭＵ３の加速度センサの観測量のみを用いて移動体のロールθｒ或いは／及びピッチθｐを算出することもできる。この場合、ロールθｒ或いは／及びピッチθｐの算出精度が若干劣ったものになることが考えられるが、キャリア位相相対測位装置に要求される精度や、演算処理負荷等の諸条件に応じた設計が可能になるという利点がある。
【００４３】
また、方位による判定のための基準となる方位θｙは、ＧＰＳ受信機で測位用信号を用いて算出した航法座標系における移動体の速度を用いて次式で求めることができる。
【００４４】
なお、この方式では、移動体が完全に停止している場合には、移動体の方位θｙを算出できないが、測位用信号を用いて算出される速度の精度は通常、数cm/secであるから、移動体が少しでも動いていれば方位θｙを検出することが可能である。
【数１０】
0005180447.tif 000011
【００４５】
整数バイアス検定部７は、前述のように基準姿勢演算部６で算出した姿勢情報を用いて整数バイアス候補解の検定を行う処理部であり、例えば次のような処理を行う。
【００４６】
整数バイアス検定部７は、位相差観測量やＧＰＳ姿勢演算部５で推定された被検定基線ベクトル等を用いて、公知の基線長検定や統計的検定方法で整数バイアス推定部４で推定された整数バイアス候補解セットの検定を行う。また 、２以上の基線ベクトルが存在する場合は、整数バイアス検定部７は、内積検定、外積検定等の公知の検定も行うことができる。これらの検定に加え、本発明にかかる整数バイアス検定部７ではＧＰＳ姿勢演算部５で計算された姿勢と基準姿勢演算部６で計算された姿勢の差を検定することで整数バイアス候補解セットの正誤を判定する。ここで、姿勢による検定のための閾値は、例えば、基準姿勢演算部６で計算された姿勢情報の推定誤差を考慮して、予め予想される姿勢誤差に基づいて設定すればよい。
【００４７】
ＩＮＳ航法演算部８は、整数バイアス解の決定後に得られる位置、速度、姿勢情報等を支援情報として用いことにより、公知の方法により位置、速度、Ｆｕｌｌ姿勢情報（ロールθｒ、ピッチθｐ、方位θｙ）を算出し、出力する。
【００４８】
ＩＮＳ航法誤差推定部９は、ＧＰＳ姿勢演算部５から得られた位置、速度、姿勢情報と、ＩＮＳ航法演算部８で得られた位置、速度、姿勢情報の差に基づいて、Kalmanフィルタを用いてＩＭＵセンサ誤差や航法誤差を推定する。そして、推定された此等の誤差は負帰還（negative feedback）によって補正される。
【００４９】
従って、一旦、整数バイアス解が決定された後は、慣性センサの誤差が補正されるため、基準姿勢演算部６は、整数バイアス解が決定される前に比べ、より正確な移動体の姿勢情報を得ることが可能になる。そのため、整数バイアス検定部７の整数バイアス候補解の検定時に用いる整数バイアスの検定のための閾値は慣性センサの誤差補正前後で、異なるレベルに設定するようにしてもよい。
【００５０】
次に、本発明の実施の形態１によるキャリア位相相対測位装置の動作の一例について図３のフローチャートを用いて説明する。
【００５１】
図３は、本発明の実施の形態１によるキャリア位相相対測位装置の整数バイアス候補解の検定を行う整数バイアス検定部の処理手順の一例を示すものである。なお、キャリア位相相対測位装置は、少なくとも２個以上のＧＰＳアンテナが移動体上にリジットに固定されているものとし、前述のLAMBDA技法等を用いて求めれた整数候補解セットには真値が含まれているものと仮定する。
【００５２】
図３において、ステップＳ１からＳ８は、被検定基線ベクトル毎に行う整数バイアス候補解セットの検定処理であり、ステップＳ９以降の処理ステップは被検定基線ベクトルが複数の場合に適用される処理ステップである。
【００５３】
図３に示すように、先ず、ステップＳ１は整数バイアス推定部４で推定された整数バイアス候補解セットを受け、検定の計画（順序）を決定する処理ステップである。基線が複数ある場合、各々の基線に対して整数バイアス候補解セットが存在する。そのため、ステップＳ１では、検定すべき基線の整数バイアス候補解セットを選定する。
【００５４】
ステップＳ２はＧＰＳ姿勢演算部５で算定された被検定基線ベクトルを整数バイアス検定部７が受け、被検定基線ベクトルの基線長または、統計的検定に基づいて整数バイアス候補解の妥当性を検定し、判定する処理ステップである。もちろん、このステップＳ２の処理をスキップして次のステップＳ３を行うようにしてもよい。
【００５５】
ステップＳ３はＧＰＳ姿勢演算部５で整数バイアス候補解セットから推定した基線ベクトルより算定した姿勢情報と、基準姿勢演算部６で求めた姿勢情報とを比較し、整数バイアス候補解の妥当性を評価する処理である。詳細は図４を用いて後述する。
【００５６】
前記ステップＳ３において、ＧＰＳ姿勢演算部５で求めた姿勢情報と基準姿勢演算部６で求めた姿勢情報との差が予め定めた閾値の範囲内である場合にはその整数バイアス候補解セットを正しいものとして検定を通過させ、ステップＳ５に行く。拒絶された場合は整数バイアス候補解セットを放棄する（ステップＳ４）。
【００５７】
以上のステップＳ１〜ステップＳ４までの処理は全ての被検定基線ベクトルに対する全ての整数バイアス候補解セットについて繰り返し行われる。繰り返しの判定はステップＳ５で行われる。
【００５８】
ステップＳ６は検定されるべき被検定ベクトルの数を判定し、以降の検定処理を決めるための処理である。単一の被検定ベクトルの場合はステップＳ７に移るが、複数の被検定基線ベクトルの場合は２通りの実施例が考えられる。一つは、各々の被検定基線ベクトルに対して生き残った整数バイアス候補解セットが１個（０個を含む）のみの場合にステップＳ７に移り、生き残った整数バイアス候補解セットが複数の場合のみステップＳ９以降の検定を行う方法である。また、第２の実施例は、例えば、生き残った整数バイアス候補解セットがたとえ１個（但し、０個の場合は含まない）であっても、全てステップＳ９以降の処理を行う方法である。当然、後者の方がより正確な検定を行うことが期待できる。
【００５９】
ステップＳ７では各々の被検定基線ベクトルに対する整数バイアス候補解セットの残留した数が判定される。すなわち、残留の整数バイアス候補解セットが１個の場合には、これを正しい整数バイアスとみなして検定を完了し、それ以外の場合は、ステップＳ２、Ｓ３の検定で用いた判定のための閾値レベルを適切な値に再調整して（ステップＳ８）、再度、ステップＳ２以降の処理を行う。なお、この閾値レベルは残留の整数バイアス候補解セットの数が０個の場合には閾値を緩めに設定し、複数の場合には閾値を厳しめ設定すれば良い。
【００６０】
ステップＳ９では、ｍ個（ｍ≧２）の基線ベクトルから２個の基線ベクトルを用いて検定するための基線ベクトル対セットを決定し、最初に検定すべき基線ベクトル対を選定する。また、ステップＳ９において、検定される基線ベクトル対の各々の基線ベクトルが複数の整数バイアス候補解を持つ場合は、各々の整数バイアス候補解に対する被検定基線ベクトルが存在するから、１個の基線ベクトル対に対して、最初に検定すべき被検定基線ベクトル対を選定する。
【００６１】
ステップＳ１０において、ステップＳ９で決められた被検定基線ベクトル対に基づいて、従来技法の内積検定、外積検定、或いはその両方の検定が行われる。もちろん、このステップＳ１０の処理をスキップして次のステップＳ１１を行うようにしてもよい。
【００６２】
ステップＳ１１は、本発明に係わるところのＧＰＳ姿勢演算部５によって対の被検定基線ベクトルから算定した姿勢情報と、基準姿勢演算部６で求めた姿勢情報とを比較し、整数バイアス候補解の妥当性を評価する処理である。詳細は図５を用いて後述する。
【００６３】
ステップＳ１１において、ＧＰＳ姿勢演算部５で求めた姿勢情報と基準姿勢演算部６で求めた姿勢情報との差が予め定めた閾値の範囲内である場合には、その整数バイアス候補解セットを正しいものとして検定を通過させ、ステップＳ１１に行く。拒絶された場合は整数バイアス候補解セットを放棄しステップＳ１２に行く。
【００６４】
以上のステップＳ９〜ステップＳ１２までの処理はある基線ベクトル対に属する全ての被検定基線ベクトル対に対して繰り返し行い、完了すると次に検定すべき基線ベクトル対に対して同様の処理が繰り返し行われる。繰り返しの判定はステップＳ１３で行われる。
【００６５】
ステップＳ１４の判定処理は、ステップＳ７の判定処理と同様に、残留の整数バイアス候補解セットが１個の場合には、これを正しい整数バイアスとみなして検定を完了する。基線ベクトルに対する残留の整数バイアス候補解セットの数が０個、または複数の場合はステップＳ１０、Ｓ１１の検定で用いた判定のための閾値レベルを適切な値に再調整して（ステップＳ１５）、再度、ステップＳ１０以降の処理を行う。なお、この閾値レベルは残留の整数バイアス候補解セットの数が０個の場合には閾値を緩めに設定し、複数の場合には閾値を厳しめ設定すれば良い。
【００６６】
次に、図３で示したステップＳ３の処理について詳細に説明する。
図４は、図３のステップＳ３で説明した姿勢角検定の詳細を説明するためのフローチャートである。
【００６７】
ステップＳ２１は整数バイアス推定部４で推定された整数バイアス候補解に基づいてＧＰＳ姿勢演算部５で被検定基線ベクトルを算定し、この被検定基線ベクトルから姿勢（ピッチ、方位）を算定する処理ステップである。
【００６８】
ステップＳ２２は、基準姿勢演算部６が〔数９〕を用いて検定するための基準となるピッチθｐを算定する処理である。ステップＳ２３において、ステップＳ２２で算定された検定するための基準であるピッチθｐと、基準姿勢演算部６で被検定基線ベクトルから算定されたピッチθｐとを比較することにより整数バイアス候補解の妥当性が判定される。具体的には被検定基線ベクトルに基づいて〔数２〕で計算されたピッチθｐと慣性センサの観測量に基づいて〔数９〕で計算されたピッチθｐとの差が判定の閾値の範囲内であるか否かにより、整数バイアス候補解の検定が行われる。ここで、判定の結果が否定された場合は前述の図３のステップＳ４に行く。
【００６９】
次に、ステップＳ２４の判定処理は、ＧＰＳ速度から正しい方位θｙを得ることができるか否かを判定するための処理ステップである。この判定はＧＰＳから得られた航法座標系における速度が予め決定された閾値より大きいか否かの判断を行うことにより行われる。この時、下記の〔数１１〕の関係を満たす場合には、ステップＳ２５で〔数１０〕に基づいて、検定のための基準となる方位θｙを計算し、そうでない場合は、前述の図３のステップＳ５に行く。なお、予め決定された閾値の値はＧＰＳ速度誤差を考慮して移動体が動いていると見なせる速度値に設定すればよい。また、比較の前にＧＰＳの速度は雑音を除去するための信号処理を行った後に閾値と比較するようにしても良い。また、移動体が動いているか否かの判定は、ＧＰＳ速度x成分や、ＧＰＳ速度のy成分を用いて判定するようにしても良い。
【数１１】
0005180447.tif 000012
【００７０】
ステップＳ２５で検定のための基準となる方位θｙが得られた場合、ステップＳ２６で方位による検定が行われる。この方位検定は、前述のピッチθｐを用いた検定と同様に、被検定基線ベクトルを用いて〔数２〕で計算された方位θｙと前述のステップＳ２５で得た基準方位θｙとの差が判定の閾値の範囲内であるか否かにより、検定通過の可否を判断する。判定の結果、合格の場合は前述の図３のステップ３を完了し、否の場合は前述の図３のステップ４に行く。
【００７１】
次に、図３で示したステップＳ１１の処理について詳細に説明する。
【００７２】
図５は、図３のステップＳ１１で説明した姿勢角検定の詳細を説明するためのフローチャートである。
【００７３】
ステップＳ３１は前記図３のステップＳ９で選定した検定すべき被検定基線ベクトル対を用いて公知の方法によりFull姿勢（ロールθｒ、ピッチθｐ、方位θｙ）を算定する処理ステップである。
【００７４】
ステップＳ３２、ステップＳ３３は、それぞれ、前述の図４のステップＳ２２、ステップＳ２３と同じである。ステップＳ３４は、基準姿勢演算部６において〔数８〕を用いて検定の基準となるロールθｒを算定する処理ステップである。
【００７５】
ステップＳ３５は、ステップＳ３４で求めたロールθｒとＧＰＳ演算処理部６で推定されたロールθｒを比較し、その差が閾値の範囲内であるか否かにより、検定通過の可否を判断する。
【００７６】
ステップＳ３６、ステップＳ３７、ステップＳ３８の処理は、それぞれ、図４を用いて説明したステップＳ２４、ステップＳ２５、ステップＳ２６の処理と同じである。
【００７７】
以上のように、本発明の実施の形態１によるキャリア位相相対測位装置によれば、慣性センサから求めた姿勢により整数バイアス候補解の検定を行うために、特許文献１の例と異なり、整数バイアス解の再決定時のみならず、電源投入直後における最初の整数バイアス解の決定時においても姿勢情報を用いた整数バイアス候補解の検定を行うことができる。従って、整数バイアス候補解の基線長や統計的検定、ベクトル対の外積や内積などの従来の検定手法に加えて、常時、姿勢角による検定が行えることにより高い整数バイアス解の正解率を得ることが可能になる。また、本発明によれば、１基線方式であっても正確、且つ、高速に整数バイアス候補解の検定を行うことができ、装置の立ち上がり時間の短縮、装置の小型化、安価化を実現することができる。
【００７８】
なお、本発明の実施形態では、ＧＰＳアンテナを例に挙げて説明したが、アンテナが受信する電波はＧＰＳ衛星から送信される測位用信号に限らず、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星、ＧＡＬＩＬＥＯ衛星、或いは、準天頂衛星等の測位用衛星から送信される測位用信号すべて、或いはその何れかを受信できるものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明で使用する航法座標系と移動体座標系について説明するための説明図
【図２】本発明の実施の形態１によるキャリア位相相対測位装置の構成の一例を示す
【図３】本発明の実施の形態１によるキャリア位相相対測位装置の動作を説明するためのフローチャート
【図４】１基線方式による姿勢角検定処理を説明するためのフローチャート
【図５】２基線方式による姿勢角検定処理を説明するためのフローチャート
【符号の説明】
【００８０】
１  ＧＰＳアンテナ
２  ＧＰＳ受信機
３  ＩＭＵ
４  整数バイアス推定部
５  ＧＰＳ姿勢演算部
６  基準姿勢演算部
７  整数バイアス検定部
８  ＩＮＳ航法演算部
９  ＩＮＳ航法誤差推定部
１０  演算処理部
【図１】
0005180447.tif 000013
【図２】
0005180447.tif 000014
【図３】
0005180447.tif 000015
【図４】
0005180447.tif 000016
【図５】
0005180447.tif 000017